低合金高强韧非调质铸钢的设计及组织性能调控

作     者：邵冠振 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵宇光;马顺龙

授予年度：2015年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：非调质铸钢 成分设计 热处理 组织性能 

摘      要：随着汽车工业的高速发展以及对汽车零部件减重的迫切需求，开发工艺简单、价格低廉的高强度钢铁材料是降低油耗、减少排放、提高安全性的必然趋势和根本途径。目前重型商用车普遍存在严重超载的现象，重型商用车的球铁桥壳断裂时有发生，造成重大经济损失。低合金铸钢与球墨铸铁相比具有高的强韧性，若能用铸钢代替球铁制造桥壳，则桥壳使用安全将显著提高，大大减少桥壳断裂的现象，具有重大的经济与社会效益。本文正是基于以上考虑，在严格控制成本和不调质的前提下，设计铸钢成分，优化热处理工艺，旨在开发出一种低合金高强度非调质铸钢。 本文研究了各合金元素的作用，确定了添加硅、锰、少量铬以及一些其他微量合金元素的合金设计路线。通过严格控制原料成本以及考虑合金含量对组织性能影响，设计了三种牌号的钢：ZG15Si2Mn3CrB、ZG25Si2Mn2CrB、ZG35Si2Mn2CrB。 所设计三种试验钢经880℃正火预处理+900℃正火后，分别在300℃、340℃、360℃、380℃回火。本文研究了回火温度对组织和力学性能的影响。研究结果表明：ZG15Si2Mn3CrB经880℃正火预处理+900℃正火处理+300℃回火后组织主要为贝氏体、马氏体、残余奥氏体，抗拉强度大于1300MPa，延伸率大于12%;ZG25Si2Mn2CrB经880℃正火预处理+900℃正火处理+360℃回火后组织主要为贝氏体、板条马氏体束、残余奥氏体，抗拉强度大于1400MPa，延伸率大于17%;ZG35Si2Mn2CrB经880℃正火预处理+900℃正火处理+380℃回火后组织主要为针状贝氏体、粒状贝氏体、细小板条马氏体束、残余奥氏体，抗拉强度大于1500MPa，延伸率大于12%;随着碳含量的增加，这三中钢出现最高抗拉强度时的回火温度增加;经适当回火后，残余奥氏体的稳定性增加，使钢的力学性能增加。 本文对三种试验钢分别进行了亚温正火实验，测试结果表明：ZG25Si2Mn2CrB抗拉强度达到1200MPa，延伸率大于18%;组织包括无碳化物贝氏体、粒状贝氏体、马氏体和部分铁素体。ZG25Si2Mn2CrB在两相区保温时，组织中未溶铁素体能够分割奥氏体组织，限制奥氏体的长大，经风冷之后，细小的原奥氏体晶粒转变为马氏体和贝氏体，加上部分铁素体及残余奥氏体的存在，使试验钢的强韧性显著提高。 本文还利用自行设计的能够实现在高温区快冷中温区缓冷的NJ淬火介质，对ZG25Si2Mn2CrB进行了淬火实验，经低温回火后测试结果显示：抗拉强度大于1700MPa，延伸率大于14%;显微组织中含有大量的下贝氏体和板条马氏体。组织中较高含量的贝氏体证明了NJ淬火介质具有高温区快冷、中温区缓冷的特性。